セリウムドープジルコン酸バリウム微粒子の水熱合成と三元触媒担体としての排ガス浄化特性評価

摘要

三元触媒（Three way catalyst：TWC）は，ガソリン自動車用排ガス中に含まれる一酸化炭素（CO），炭化水素(HC），および窒素酸化物（NOx）を浄化する触媒であり，燃料と空気が理論的に完全燃焼する比率近傍において，CO，HC，およびNOxを同時に浄化する性能を有する。TWCは，ナノ粒子状のPt，Rh，Pdなど複数の白金族貴金属触媒，セリウム系酸化物助触媒，および酸化物担体の三要素から構成され，これらの構成要素がハニカム構造体上にコートされた状態で触媒として機能する。自動車排出ガス触媒には，高度な耐久性，安定性，信頼性などが求められる。そのため，酸化物担体としては，γ－アルミナ（γ－Al2O3），シリカ（SiO2），およびセリア（CeO2）など，耐熱性酸化物担体が用いられている。触媒活性や寿命を高める手法としては，担体自身の微粒子化もしくは多孔質化により比表面積を大きくし，排ガスとの接触面積を増やすことが挙げられる。この際，触媒活性中心となる白金族貴金属触媒をナノ粒子状とし，担体上に均一に分散?坦持させることも極めて重要である。しかしながら，自動車排出ガス触媒は，通常では，300°Cから600°C，ときには1，000°Cを超える温度にさらされるため，担体および貴金属ナノ粒子が凝集し，性能が低下してしまう。例えばγ－Al2O3では，高温下でのγ→β→θへの構造相転移に伴い担体比表面積が減少し，担体上の貴金属粒子が凝集することで触媒性能が低下する。ランタンをγ－Al2O3格子中にドープすることで相転移を起こさないことが報告されているが，それでも1，300°Cを超える温度では触媒性能の低下が起　こる。したがって，触媒の作動温度域で相転移や過度な熱膨張が起こらず，高温加熱の後も高い触媒性能を持つ担体の開発が必要　とされている。